C语言程序设计第五章 分支结构和循环结构.docx

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C语言程序设计第五章分支结构和循环结构

第五章分支结构和循环结构

【学习目标】

本章将详细介绍在C语言中如何进行流程控制。

主要包括分支语句、循环语句、流程跳转语句等。

本章的学习要点包括如下几点：

（1）if分支语句。

（2）switch多分支语句。

（3）while循环语句。

（4）do-while循环语句。

（5）for循环语句。

（6）流程跳转语句。

【学习导航】

本章的在整个课程中的位置如图5-1所示。

图5-1本章学习导航

任何编程语言中最常见的程序结构就是顺序结构。

顺序结构就是程序从上到下一行一行地执行，中间没有任何判断和跳转。

如图5-2所示。

如果main方法多行代码之间没有任何流程控制，则程序总是从上向下依次执行，排在前面的代码先执行，排在后面的代码后执行。

这意味着：

如果没有流程控制，方法里的语句是一个顺序执行流，从上向下依次执行每条语句。

但是，当我们需要根据不同的情况来有选择的做一些操作时，顺序结构就不能满足要求了，这时候就需要分支结构出马了！

5.1分支结构

迄今为止，我们编写的程序都是按顺序从main方法的第一行执行到最后一行。

但现实世界中有些情况是在必须满足一定条件下才发生的，比如一个学生能拿奖学金必须满足每门课程在75分以上。

选择语句的基本功能是使程序在不同的情况下，执行不同的代码。

这样程序就不单只是顺序执行了，可以按照预先定好的逻辑执行不同的流程（比如满足条件A就执行流程A，满足条件B就执行流程B）。

C语言中有两种选择语句：

if语句和switch语句。

5.1.1if语句

1.简略形式

基本的if语句的语法为：

if（表达式）

{

程序代码块;//如果表达式为真，就执行这段代码

}

if语句的作用是：

当圆括号里的表达式返回值为真，则程序会执行花括号里面的程序代码块。

如果表达式值为假，则不会执行花括号里的程序代码块。

其执行流程可以参考图5-3。

图5-3基本if条件语句的执行流程

现在我们用这种写法来完成【课堂案例5-1】。

【课堂案例5-1】在学生成绩管理系统中，需要对学生的成绩进行管理，请编写程序来根据学生的成绩给出相应信息：

60分以上为“及格”，否则不显示。

【案例目标】会使用简略if语句

【案例知识要点】简略if语句的写法、表达式的运用。

【案例程序代码】simpleIf.c

1#include

2main（）

3{

4intscore=65;

5

6if（score>=60）

7{

8printf（"及格\n"）;

9}

10}

【案例代码说明】

●第4行定义了一个变量score，初始化为65，用来保存学生成绩。

●第6行，系统会计算关系表达式“score>=60”的值，返回为true，所以会执行花括号里的输出语句，程序的输出结果如图5-4：

图5-4Simple.c程序输出结果

试一试

（一）：

如果修改一下程序的第4行，将score的值改为50，再运行。

程序的执行结果是怎样的呢？

说明：

因为这时系统在计算第6行的表达式的值为false，所以不会执行花括号里的代码。

最终main方法执行完后没有任何输出信息。

试一试

（二）：

将程序代码的第7行和第9行的花括号删除，再运行。

程序的执行结果是怎样的呢？

说明：

如果程序代码块只有一条语句，则可以省略{}（但不推荐这种写法，参见下面的【规则5-1】）。

但if语句或else语句的程序代码块中包含多条语句，则必须放在花括号{}内。

编程规范：

【规则5-1】if、for、do、while语句自占一行，且if、for、do、while等语句的执行语句部分无论多少都要加括号{}。

试一试（三）：

下面的代码片段会输出什么结果？

1#include

2main（）

3{

4inti=0;

5if（i!

=0）

6i=i+5;

7i=i+10;

8printf（"%d\n",i）;

9}

上面的程序并没有任何语法错误，所以是可以编译成功并执行的。

可能有读者会以为输出结果是0，因为程序第5行的表达式返回值显然为false。

所以后面的代码是不会执行的。

但是不执行的代码只有第6行，第7行是会执行的。

因为在if后面没写{}的情况下，if的作用范围只有if后面的第一条语句。

从这个例子可以看出，这种写法存在一定的误导，所以良好的编程规范是：

即使if后面只有一条语句，也要用{}括起来。

【课堂练习】

1.编写程序判断输入的数是不是偶数？

2.编写程序判断输入的年份是不是闰年？

2.完整形式

接下来我们修改一下需求，假设对某个学生成绩进行判断，如果大于等于60则打印“及格”，如果小于60分则打印“不及格”。

要完成这个功能就需要用到if的完整形式。

基本语法如下：

if（表达式）

{

程序代码块1;//表达式值为真时执行

}

else

{

程序代码块2;//表达式值为假时执行

}

执行流程如图5-5所示。

图5-5完整形式if条件语句的执行流程

【课堂案例5-2】在学生成绩管理系统中，需要对学生的成绩进行管理，请编写程序来根据学生的成绩给出相应信息：

如果大于等于60则打印“及格”，如果小于60分则打印“不及格”。

【案例目标】会使用完整形式的if语句

【案例知识要点】if完整形式的用法、else的理解

【案例程序代码】fullIf.c

1#include

2main（）

3{

4intscore=65;

5

6if（score>=60）

7{

8printf（"及格\n"）;

9}

10else

11{

12printf（"不及格\n"）;

13}

14}

【案例代码说明】

●第4行定义了一个变量score，初始化为65，用来保存学生成绩。

●第6行，系统会计算关系表达式“score>=60”的值，返回为true，所以会执行花括号里的输出语句，程序的输出结果为图5-6左：

●修改第4行score的值为55，则第6行的表达式返回false，系统会跳到第10行，执行else（表示score<60的情况）后花括号里的代码，输出图5-6右。

图5-6FullIf.c程序输出结果

【课堂练习】

1.编写程序testIf1.c，定义一个整型变量score，赋值0～100之间。

判断score的大小，如果大于等于80，则输出“优秀”，否则输出“还要努力”。

2.编写程序upperCaseLetter.c，完成如下功能：

判断输入的是否大写字母，是则输出“您输入的是大写字母”，否则输出“不是大写字母”。

3.if语句的嵌套

继续完善【课堂案例5-2】的功能。

要求程序对60分以上的给出更细化的等级，增加“优”的等级，即：

60～79分为“及格”，80分以上为“优秀”。

单单使用前面介绍的if-else是无法完成这个功能的。

因为if-else表示事务的两个对立面，或者说只能描述两种情况。

那么如何描述“优”等呢？

显然“优”等是被包含在60分以上的范围中，所以要对60分以上的范围进行细化，表现在程序中就是在if（score>=60）的{}中再嵌套if语句。

嵌套的if语句格式如下：

if（表达式1）

{

...;

if（表达式2）

{//if语句的嵌套

...;

}

else

{

...;

}

...;

}

else

{

...;

if（表达式2）

{//if语句的嵌套

...;

}

else

{

...;

}

...;

}

嵌套的if语句的使用请看【课堂案例5-3】。

【课堂案例5-3】在学生成绩管理系统中，需要对学生的成绩进行管理，请编写程序来根据学生的成绩给出相应信息：

成绩小于60分则输出“不及格”，60～79分输出“及格”，80分以上输出“优秀”。

【案例目标】会使用嵌套的if语句

【案例知识要点】嵌套if语句的使用、外层if对内层if的影响

【案例程序代码】nestedIf.c

1#include

2

3main（）

4{

5intscore=89;

6if（score>=60）

7{

8if（score>=80）

9{

10printf（"优秀\n"）;

11}

12else

13{

14printf（"及格\n"）;

15}

16}

17else

18{

19printf（"不及格\n"）;

20}

21}

【程序说明】

●第8行到第15行的if-else是嵌套在外层的if（score>=60）之中的。

●第12行的else对应的分数范围是：

60～79。

这是嵌套的if语句的累计作用效果。

在这个else前面有两个if。

第一个为第6行的if（score>=60），当执行到这个if后面的{}中的程序代码块时，说明分数是>=60的；然后系统计算第8行的if（score>=80）,如果返回值为假（即执行第12行的else部分），则说明当前的分数是在>=60的基础上<80，所以其范围就是60～79。

【课堂练习】

编写程序nestedIf2.java，定义一个描述学生成绩的整型变量score，赋值0～100之间。

根据成绩给出相应等级：

60分以下为“不及格”，60～69分为“及格”，70～79分为“良”，80分以上为“优秀”。

（你可以修改score的值来观察各种不同的输出）

4.缩排的if-else形式

如果需要测试的条件很多，那么会需要嵌套很多层，这样就导致代码的可读性差。

可以使用缩排的if-else写法解决这个问题。

其格式如下：

if（表达式1）

{

...;

}

elseif（表达式2）

{//当不满足表达式1但满足表达式2时执行下面的代码

...;

}

elseif（表达式3）

{

//当不满足表达式1且不满足表达式2，但满足表达式3时执行下面的代码

...;

}

很显然，对于缩排的if-else，前面的if对后面的作用效果是累加的。

使用缩排的if-else格式完成上面的【课堂练习】代码如下：

【程序代码】TestIf2.java

1#include

2main（）

3{

4intscore=111;

5if（score<0||score>100）

6{

7printf（"错误的分数\n"）;

8}

9elseif（score<60）

10{

11printf（"不及格\n"）;

12}

13elseif（score<70）

14{

15printf（"及格\n"）;

16}

17elseif（score<80）

18{

19printf（"良好\n"）;

20}

21else

22{

23printf（"优秀\n"）;

24}

25}

【程序说明】

●第11行代码执行的前提是：

第5行的表达式返回值为false，那么这时0<=score<=100；并且第9行的表达式返回值为true，这时分数为0<=score<60（其中score>=0是前一个if累加作用的效果）；这与输出“不及格”是相符的。

●第15行代码执行的前提可以照前面思路来分析。

首先是第5行的表达式值为false，那么0<=score<=100；然后是第9行的表达式值也为false，表示score>=60。

二者累加的效果为60<=score<=100;接下来第13行的表达式为true，那么60<=score<70，所以输出“及格”。

试一试（四）：

请分析什么情况下会执行第19行代码？

什么情况下会执行23行代码。

【课堂练习】

1.根据某人的应纳税所得额编程，计算个人所得税。

税率表如下：

级数

全月应纳税所得额

税率%

速算扣除法（元）

1

不超过500元的

5

0

2

超过500元至2000元的部分

10

25

3

超过2000元至5000元的部分

15

125

4

超过5000元至20000元的部分

20

375

5

超过20000元的部分

25

1375

  计算公式是：

应纳个人所得税税额=应纳税所得额×适用税率-速算扣除数

  例：

王某当月应纳税所得额6400元。

则应纳个人所得税税额=6400×20%-375=905元。

2.编写程序实现如下功能：

接收键盘输入的两个数及一个运算符，计算结果并输出。

例如：

输入：

10+20输出：

30

输入：

20-10输出：

10

5.1.2switch多分支语句

上一节介绍了if语句，其可以通过嵌套来实现多分支。

但是如果需要处理问题的分支比较多，用嵌套的if会使得程序变得冗长，可读性差。

这时可以使用C语言中实现多分支的另外一种选择语句：

switch语句。

其格式如下：

switch（判断表达式）

{

case表达式1:

程序代码块1;//判断表达式和表达式1匹配时执行

break;

case表达式2:

程序代码块2;//判断表达式和表达式2匹配时执行

break;

...

default:

程序代码块n;//判断表达式和所有表达式都不匹配时执行

}

执行流程如图5-7所示。

图5-7switch条件语句的执行流程

【课堂案例5-3】编写程序实现计算器的功能：

能根据指定的运算符对两个操作数进行“+”、“-”、“*”、“/”四种操作。

【案例目标】学会使用swicth语句

【案例知识要点】swicth语句的结构、表达式的使用、break关键字

【案例程序代码】calSwicth.c

1#include

2

3main（）

4{

5inti,j;//i表示第一个操作数,j表示第二个操作数

6charope;//ope表示操作符

7printf（"请按a+b格式输入\n"）;

8scanf（"%d%c%d",&i,&ope,&j）;

9switch（ope）//swicth开始

10{

11case'+':

12printf（"和是%d\n",i+j）;

13break;

14case'-':

15printf（"差是%d\n",i-j）;

16break;

17case'*':

18printf（"积是%d\n",i*j）;

19break;

20case'/':

21printf（"商是%.2f\n",（float）i/j）;

22break;

23default:

24printf（"请使用+、-、*、/四种运算符！

"）;

25}//swicth结束

26printf（"swicth语句执行完毕...\n"）;

27}

【程序说明】

●第9行（）里的ope是switch语句的判断表达式，它不是任意类型都可以。

合法的判断表达式主要有两类：

①基本类型表达式：

如果是基本类型表达式，则其返回值必须和int类型兼容。

也就是说，表达式的类型只能是byte、short、char、以及int。

②枚举类型表达式

●第11、14、17、20行是四个case表达式，case表达式也是有要求的。

有以下两点：

①在类型方面和判断表达式相同。

②不能有两个相同的case表达式。

请看下面的代码片段：

1...

2case'+':

3printf（“你按了加号”）;

4break;

5case'+':

6printf（“你再次按了加号”）;

7break;

8...

把这段代码放入完整的程序后会编译出错，原因是第2行和第5行定义了两个相同的case。

●第23行是default部分。

这一部分执行的前提是：

前面所有列出的case都和第9行的判断表达式不匹配。

●最后详细说明calSwitch类的执行流程。

首先计算第9行判断表达式（假定用户输入的操作符是‘+’），返回值为字符‘+',然后执行第11行，把case关键字后面的表达式的值（'+'）与判断表达式的值进行比较，两者相互匹配，那么就执行当前这个case后面的代码块。

先是第12行：

printf（"和是%d\n",i+j）;

输出16，然后再执行第13行：

break;

break关键字的意思是跳出整个switch语句，继续往下执行。

在本程序中，switch语句包含的行数是从第9行到第25行。

所谓跳出switch语句是指程序跳转到第26行，执行：

printf（"swicth语句执行完毕...\n"）;

试一试（四）：

执行calSwicth.exe，观察程序输出什么？

【说明】程序的输出为第24行的打印结果：

请使用+、-、*、/四种运算符！

这是因为第11、14、17、20行四个case表达式的值（分别为'+'、'-'、'*'、'/'）都不能匹配第9行的判断表达式的值（'#'），这时程序会执行default分支。

试一试（五）：

对程序calSwitch.c稍作修改，将第13行注释，并且输入1+2，那么程序的输出是什么呢？

【说明】程序输出如图5-8所示：

第3行输出是两个数的和，是第12行的打印信息。

第4行输出是两个数的差，是第15行的打印信息。

图5-8修改后的calSwitch.exe执行结果

这个例子揭示了switch语句执行流程的另一个特点，就是当switch的判断表达式和某个case表达式匹配，就从这个case子句开始执行，如果没有break语句，就会继续往下执行其他case子句，并且不再判断case表达式的值是否匹配判断表达式。

swicth语句的编程规则：

【规则5-1】每个case语句的结尾不要忘了加break语句，否则将导致多个分支重叠（除非有意使多个分支重叠）。

【规则5-2】不要忘记最后的default分支。

即使程序真的不需要default处理，也应该保留语句default:

break;

在一般情况下，应该在每个case子句的末尾加上break语句，以便及时退出整个switch语句。

但在某些情况下，可能有多个case表达式都匹配switch的判断表达式，这时就可以在这些case子句后不加break语句。

具体用法请看【课堂案例5-4】。

【课堂案例5-4】编写程序如下功能：

输入月份，输出2014年该月有多少天。

【案例目标】学会使用swicth语句

【案例知识要点】swicth语句的结构、多case匹配的写法

【案例程序代码】printDays.c

1#include

2

3main（）

4{

5intmonth;

6intday;

7

8printf（"请输入一个月份:

"）;

9scanf（"%d",&month）;

10switch（month）

11{

12case1:

13case3:

14case5:

15case7:

16case8:

17case10:

18case12:

day=31;

19break;

20case4:

21case6:

22case9:

23case11:

day=30;

24break;

25case2:

day=28;

26break;

27default:

day=-1;

28}

29if（day==-1）

30{

31printf（"输入的月份无效!

\n"）;

32}

33else

34{

35printf（"2014年%d月有%d天\n",month,day）;

36}

37}

【程序说明】

●因为1、3、5、7、8、10、12都是大月，所以代码的12-18行分别列出了这几种情况，匹配其中任意一种得到的天数都是31天。

●代码20-23行列出了小月的情况。

5.2循环语句

考虑学生管理系统中的这样一个功能需求：

在控制台打印出某班所有学生的C语言课程的成绩。

假如这个班有40名同学，那么“打印某个学生的C语言成绩”这件事情就要重复做40次。

如何用高效的方式来完成这个需求呢？

C语言提供了循环语句。

循环语句有三种，分别为while语句、do-while语句和for循环语句。

5.2.1while循环语句

while循环是最基本的循环语句。

格式如下：

while（循环条件）{

循环体;

迭代语句;

}

图5-9while循环语句的执行流程

当循环条件的值为true时，就执行循环体和迭代语句，这个过程是重复的；否则终止循环。

具体的流程参见图5-9。

下面用【课堂案例5-5】来说明while的用法。

【课堂案例5-5】在学生管理系统中，要求提供这样的功能：

查看全班所有学生某门课程的成绩；

【案例学习目标】学会使用while语句

【案例知识要点】while语句的写法、表达式的使用、计数器的使用

为了简化问题，在这个程序中，假定这个班只有20个人。

并且学生的成绩恰好是70～89这20个整型数。

【程序代码】whileTest.c

1#include

2

3main（）

4{

5intsNum=1;//sNum用来统计学生的人数

6intscore=70;//第1个学生的分数为70

7

8while（sNum<=20）

9{

10printf（"第%d个同学的成绩为：

%d\n",sNum,score）;

11score=score+1;

12sNum=sNum+1;

13}

14}

【程序输出】

【程序说明】

●第5行定义了变量sNum，用来统计学生的人数，在程序中应小于等于20。

●第6行定义了变量score，用来保存学生的成绩，初始化值为70，表示第一个学生的成绩为70。

●第8行（）里是while语句的循环条件表达式，当sNum<=20时，返回值为true。

第一次执行while语句时，显然返回true（1<=20）。

所以往下执行while语句{}里面的程序代码块，包括循环体和迭代语句（也可以把迭代语句看作是循环体的一部分，后文中为了简便，把循环体和迭代语句统称为循环体）。

在本程序中是第10、11、12行。

●第10行：

打印出“第1个学生成绩为：

70”。

●第11行：

score加1后表示第二个学生的成绩（71分）。

●第12行：

统计学生人数的计数器sNum（也可以